CN115443197A - 经宽度方向压缩形成硬质合金钻头刀片的压缩模具和方法 - Google Patents

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CN115443197A CN202080100003.6A CN202080100003A CN115443197A CN 115443197 A CN115443197 A CN 115443197A CN 202080100003 A CN202080100003 A CN 202080100003A CN 115443197 A CN115443197 A CN 115443197A
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Abstract

公开了一种用于形成硬质合金钻削刀片(4)的压缩模具。所述压缩模具包括阴模(1)、上冲头(2)和下冲头(3)。阴模包括限定出模孔的内壁(11)。上冲头从阴模的上侧插入所述模孔。下冲头从阴模的下侧插入所述模孔。模孔的一部分限定填充空腔。填充空腔至少由下冲头的顶表面和所述内壁限定。粉末材料被充填到填充空腔中。上下冲头被配置成沿竖直方向压缩充填于所述填充空腔中的粉末材料，竖直方向对应于将由粉末材料形成的所述钻削刀片的宽度方向。还公开了一种用于形成硬质合金钻削刀片的压缩方法。容易形成具有尖角头部的钻削刀片。

Description

经宽度方向压缩形成硬质合金钻头刀片的压缩模具和方法
技术领域
本申请涉及通过宽度方向压缩来形成硬质合金钻头刀片的压缩模具和方法。
背景技术
用于钻削硬质材料的钻头的硬质合金钻削刀片通常通过粉末冶金形成。粉末材料在模具中被压缩以形成半成品钻削刀片。一种用于形成半成品钻削刀片的传统模具示意性展示于图1。所述模具包括阴模1，以及上冲头2和下冲头3，上冲头和下冲头插入阴模中以限定填充空腔，粉末材料被充填到该填充空腔中。上下冲头2和3大体上沿将被形成的钻头4的高度方向压缩粉末材料，即平行于钻头的旋转轴线压缩。发现使用示于图1的所述模具的成型工艺的问题在于，钻头头部的压缩率小于钻头的其它部位，因而头部的密度低，并且因此这种模具不能被用于形成具有尖角头部的钻头。此外，上冲头2具有两个锋利部位，容易比下冲头3磨损得快。此外，示于图1的所述模具中限定的填充空腔具有固定的宽度，该宽度不可调，因此所述模具不能被用于形成具有不同宽度的多种钻头。
图2示意性展示了另一种类型的用于形成半成品钻削刀片的模具。在阴模1中，上下冲头2和3大体上沿着将被形成的钻头4的厚度方向压缩粉末材料。使用这样的模具，只能形成具有相同形状和尺寸的钻削刀片。此外，如此形成的钻削刀片的所有部位具有基本相同的压缩率，因而具有基本相同的强度。
发明内容
本申请旨在提供一种新的用于形成硬质合金钻头刀片的技术，能够解决现有技术中发现的至少一个问题。
根据本申请的一个方面，一种压缩模具被公开，所述压缩模具包括：
阴模，其内形成有竖直模孔，所述模孔由内壁限定；
上冲头，配置成从上方插入所述模孔中；以及
下冲头配置成从下方插入所述模孔中；
其中，所述模孔的一部分形成填充空腔，其至少部分地由下冲头的顶表面和所述内壁限定并且粉末材料可被填充到其内；以及
其中，上下冲头被配置成沿竖直方向压缩充填于所述填充空腔中的粉末材料，该竖直方向对应于将由粉末材料形成的钻削刀片的宽度方向。
根据所述压缩模具的一种实施方式，上冲头具有底表面，所述底表面包括横面和斜面，并且下冲头具有顶表面，所述顶表面包括横面和斜面，各横面被配置成用于形成钻削刀片的基部，而各斜面被配置成用于形成钻削刀片的刃部。
根据所述压缩模具的一种实施方式，所述填充空腔由下冲头的顶表面、所述内壁和阴模的上表面限定。
根据所述压缩模具的一种实施方式，所述阴模的上表面的至少一部分被形成为倾斜上表面部，模孔的至少一部分向上开通穿过所述倾斜上表面部。
根据所述压缩模具的一种实施方式，所述倾斜上表面部相对于水平方向倾斜角度，所述角度等于或不等于上冲头的斜面的倾斜角度。
根据所述压缩模具的一种实施方式，所述阴模的上表面还包括水平上表面部，所述模孔的一部分向上开通穿过水平上表面部。
根据所述压缩模具的一种实施方式，所述阴模的上表面包括至少一个倾斜上表面部和至少一个水平上表面部的组合，所述至少一个倾斜上表面部和所述至少一个水平上表面部被设计成实现将被形成的钻削刀片的各个部位的预期密度。
根据所述压缩模具的一种实施方式，上下冲头中的至少一个是分体式冲头，其包括两个或更多个冲头部件，各冲头部件能够沿着将被形成的钻削刀片的宽度方向彼此独立地移动。
根据本申请的另一个方面，一种使用上面描述的压缩模具形成钻头的硬质合金钻削刀片的压缩方法被公开，所述压缩方法包括以下步骤：
将下冲头向上移动进入阴模以在阴模内形成填充空腔；
向填充空腔中填充粉末材料；以及
将上冲头向下移动进入阴模以沿竖直方向压缩充填于所述填充空腔中的粉末材料，该竖直方向对应于将由粉末材料形成的钻削刀片的宽度方向。
根据本申请的压缩方法可以还包括：当上冲头正被向下移动时或在上冲头已经完成其向下移动后，进一步向上移动下冲头。
根据本申请的压缩方法可以还包括：通过控制上冲头的所述向下移动和/或下冲头的所述进一步向上移动来控制钻削刀片的头部在宽度方向上的尺寸。
根据本申请，上下冲头大体上沿将被形成的钻头的宽度方向压缩粉末材料，即沿着平行于钻头的主表面并且垂直于钻削刀片的的旋转轴线的方向压缩，因而容易形成具有尖角头部的钻削刀片。此外，通过使用相同的阴模并且更换上下冲头，就能形成具有不同宽度的多种钻头。另外，钻削刀片的头部(尖角)部位可以具有与钻削刀片的其它部位不同的(通常更高的)压缩率，并且因此具有不同的强度(通常更高的)强度。另外，通示于图1的现有技术相比，可以减小上下冲头的磨损率。
附图说明
图1是用于形成钻削刀片的一种传统模具的示意图；
图2是用于形成钻削刀片的另一种传统模具的示意图；
图3和图4是能够通过使用本申请的技术形成的钻削刀片的示意性正视图；
图5是本申请一个实施方式的压缩模具的示意性横截面图；
图6和图7分别是示于图5的压缩模具的上下冲头的示意图；
图8和图9是展示通过使用示于图5的压缩模具形成钻削刀片的成型工艺的示意图；
图10是展示示于图5的压缩模具的上下冲头的一种配置的示意性侧视图；
图11是通过使用示于图10的上下冲头形成的钻削刀片的示意性俯视图；
图12是展示示于图5的压缩模具的上下冲头的另一种配置的示意性侧视图；
图13是通过使用示于图12的上下冲头形成的钻削刀片的示意性俯视图；
图14是根据本申请另一个实施方式的压缩模具的示意性横截面图；
图15和图16是展示通过使用示于图14的压缩模具形成钻削刀片的成型工艺的不同阶段的示意图；
图17是根据本申请又一个实施方式的压缩模具的示意性横截面图；
图18是根据本申请又一个实施方式的压缩模具的示意性横截面图；以及
图19是展示通过使用示于图18的压缩模具形成钻削刀片的成型工艺的示意性横截面图。
具体实施方式
下面参照附图描述本申请的用于形成钻头的硬质合金钻削刀片的压缩模具和方法。
图3和图4示意性展示了能够通过使用本申请的技术形成的半成品硬质合金钻削刀片4或称粉末挤压体的两种形式。钻削刀片4是通过压缩粉末材料形成的单件。钻削刀片4然后被烧结以形成成品钻削刀片，成品钻削刀片被固定于钻柄，例如通过焊接，以形成钻头。
钻削刀片4由基部41和从基部41延伸的刃部42组成。基部41适于被固定于钻柄(未示出)，而刃部42适于用来切入工件中。
基部41由底面43和从底面43向上延伸的两个侧面44限定。刃部42由两个倾斜切削刃45限定，切削刃分别从两个侧面44的上端延伸。两个切削刃45在头部(尖角)46会合。在头部46，头部角度θ限定在两个切削刃45之间。钻削刀片4大致是平坦的，并且具有两个相反的主表面47。
在头部角度θ小于大约120°、尤其是小于大约90°的配置中，钻削刀片4可以归类为尖角头部型。
钻削刀片4具有在两个侧面44之间测量的宽度W，在头部46和底面43之间测量的高度H，和在两个主表面47之间测量的厚度。钻削刀片4的宽度W对应于将由钻头钻削出来的孔的直径。
应当指出，头部46可以大体上为两个切削刃45之间交线的形式，如示意性展示于图3，也可以是大体上平面的，沿宽度W的方向具有一小段宽度，如示意性展示于图4。
钻削刀片4还具有旋转轴线O，当钻头被驱动旋转时，钻削刀片4绕旋转轴线O旋转。钻削刀片4可以相对于旋转轴线O对称，在这种状况下头部46定心于旋转轴线O上；或者，钻削刀片4可以相对于旋转轴线O非对称，在这种状况下头部46的中心可以从旋转轴线O偏离。
本申请的的关键原理在于，沿宽度方向压缩用于形成钻削刀片4的粉末材料，即沿着大体上平行于主表面47并且垂直于旋转轴线O的方向压缩。换言之，粉末材料从将被形成的钻削刀片4的两个侧面44被压缩。
用于形成钻削刀片4的压缩模具的一个实施方式示意性展示于图5。所述压缩模具包括阴模1，其内具有穿通的竖直模孔，模孔由内壁11限定，上冲头2，其配置成从上方插入模孔中，和下冲头3，其配置成从下方插入模孔中。上冲头2具有底表面21，下冲头3具有顶表面31。底表面21、顶表面31和内壁11在阴模1内限定填充空腔(模腔)。
如示于图6，底表面21包括横面22，对应于将被形成的钻削刀片4的侧面44之一，和斜面23，对应于钻削刀片4的切削刃45之一。斜面23从横面22的一端延伸，并且终止于刃尖24。斜面23在刃尖24处与水平方向之间形成倾斜角度α。上冲头2还具有相反的主表面25。
如示于图7，顶表面31包括横面32，对应于将被形成的钻削刀片4的另一侧面44，和斜面33，对应于钻削刀片4的另一切削刃45。斜面33从横面32的一端延伸，并且终止于刃尖34。斜面33在刃尖34处与水平方向之间形成倾斜角度β。下冲头3还具有相反的主表面35。倾斜角度α和倾斜角度β之和等于头部角度θ。
如示于图8，为了形成半成品硬质合金钻削刀片4，下冲头3从下方插入模孔中，粉末材料5被充填于模孔中，堆在下冲头3上方。粉末材料的填充量取决于粉末材料5的压缩率。然后，上冲头2从上方插入模孔中。
然后，如示于图9，上冲头2被向下移动以压缩粉末材料。下冲头3可以向上移动或保持静止。在上下冲头2和3沿将被形成的钻削刀片4的宽度方向的压缩下，粉末材料形成了钻削刀片4。钻削刀片4此时是半成品。在钻削刀片4经过烧结处理后，成为成品。
在所述压缩模具中，钻削刀片4处在示于图9的定向。钻削刀片4的头部46指向大体上水平方向。钻削刀片4的一个侧面44和对应的切削刃45被上冲头2的底表面21压缩，另一侧面44和对应的切削刃45被下冲头3的顶表面31压缩。出于这个原因，前面描述的成型工艺可被称作“宽度方向挤压”或“宽度方向压缩”。
应当指出，在上下冲头2和3的冲程结束时，它们的刃尖24和34可以大体上沿竖直方向彼此接触以形成大体上直线形式的头部46，如前面参照图3所描述，或者可以沿竖直方向分开一小段距离以形成大体上平面的头部46，如前面参照图4所描述。通过精确控制上下冲头2和3的冲程，钻削刀片4的宽度，尤其是头部46的宽度，可被精确控制。
根据本申请的技术，粉末材料的所有部位都被充分压缩，因此刃部42(包含头部46在内)具有高密度和高强度。因此，通过使用阴模1，可以形成具有尖角头部的钻头。
此外，阴模1可以与不同的上下冲头2和3一起使用。通过调节上下冲头2和3的倾斜角度α和β以及横面22和32的竖直阶高，具有不同宽度和头部角度的多种钻削刀片4可被形成。
应当指出，横面22和斜面23可以垂直于上冲头2的主表面25，横面32和斜面33可以垂直于下冲头3的主表面35，如示于图10，使得钻削刀片4的侧面44和切削刃45垂直于主表面47，如示于图11。或者，横面22和斜面23可以相对于上冲头2的主表面25倾斜，横面32和斜面33可以相对于下冲头3的主表面35倾斜，如示于图12，使得钻削刀片4的侧面44和切削刃45相对于主表面47倾斜，如示于图13。
应当指出，所述压缩模具可以被改造以使得钻削刀片4各个部位的的具有预期的密度。例如，阴模1和/或上冲头2和/或下冲头3可以被修改以调节填充空腔的轮廓。
作为示例性实施方式，示于图14的压缩模具的阴模1具有倾斜上表面部12，模孔穿通其开通。倾斜上表面部12和内壁11之间的最低交线对应于刃尖24和34的位置。倾斜上表面部12与水平方向之间形成角度γ。角度γ可以等于上冲头2的斜面23的倾斜角度α。然而，为了使得钻削刀片4的头部46的密度高于刃部42其它部位的密度，角度γ可以小于斜面23的倾斜角度α。所述压缩模具的其它方面与示于图5-图9的压缩模具相同或相似，因而不再描述。
当示于图14的压缩模具被用于形成钻削刀片时，下冲头3从下方插入模孔中，使得填充空腔由下冲头3的顶表面31、阴模1的内壁11和阴模1的倾斜上表面部12限定。粉末材料5被大体上充填于整个填充空腔中，如示于图15。可以看到，相比于示于图8的情况，有更多的粉末材料在填充空腔中填充在对应于钻削刀片4的基部41的部位。然后，如示于图16，上冲头2被向下移动到模孔中，以压缩粉末材料而形成钻削刀片4。
根据示于图14-图16的实施方式，在填充空腔中对应于钻削刀片4的刃部42的部位的粉末材料的量，沿着背离头部46朝向底面43的横向方向逐渐增多，从而刃部42可以具有大体上一致的压缩密度，或者沿着背离头部46朝向底面43的横向方向，刃部42的密度的变化率较小。其结果是，刃部42中各部位的密度没有明显的变化。
此外，相比于示于图8的情况，由于填充空腔中对应于基部41的部位具有更多的粉末材料，因此，同示于图5-图9的压缩模具形成的刀片相比，基部41具有更高的密度。因此，刃部42的密度和基部41的密度之间差异不大。
为了进一步提高基部41各个部位的密度的均匀度，示于图17的压缩模具被提出。示于图17的压缩模具的阴模1具有倾斜上表面部12，大体上对应于上冲头2的斜面23，和水平上表面部13，大体上对应于上冲头2的横面22。穿过倾斜上表面部12和水平上表面部13，模孔向上开通。倾斜上表面部12和内壁11之间的最低交线对应于刃尖24和34的位置。倾斜上表面部12与水平方向之间形成角度γ。角度γ可以等于或不等于上冲头2的斜面23的倾斜角度α。所述压缩模具的其它方面与示于图5-图9的压缩模具或示于图14-图16的压缩模具相同或相似，因而不再描述。
当示于图17的压缩模具被用于形成钻削刀片时，下冲头3从下方插入模孔中，使得由下冲头3的顶表面31、阴模1的内壁11以及阴模1的倾斜上表面部12和水平上表面部13限定填充空腔。粉末材料5被充填于整个填充空腔中，如示于图17。可以看到，相比于示于图15的情况，填充空腔中对应于钻削刀片4的基部41的部位中的粉末材料具有均匀的高度。然后，上冲头2被向下移动到模孔中，以压缩粉末材料而形成钻削刀片。由于粉末材料在填充空腔中对应于基部41的部位的均匀分布，基部41具有大体上一致的密度，或至少在基部41中没有大的密度差异。
在另一实施方式中，阴模的上表面可以具有弯曲的上表面部。在又一实施方式中，阴模的上表面可以具有一或多个倾斜上表面部与一或多个水平上表面部的组合。倾斜上表面部(一或多个)和/或水平上表面部(一或多个)可以是平面度或弯曲的。
在本申请的原理下，本领域技术人员可以设计出阴模1的其它改造，用以调整填充空腔的轮廓，尤其是通过修改阴模的上表面。
作为替代或附加特征，钻削刀片4的各个部位的密度调节可以通过修改上下冲头2和3之一或二者实现。例如，在示于图18的实施方式中，下冲头3是分体式的，即包括第一冲头部件3a和第二冲头部件3b。第一冲头部件3a具有水平顶表面32，对应于将被形成的钻削刀片4的侧面44之一，第二冲头部件3b具有倾斜顶表面33，对应于钻削刀片4的切削刃45之一。阴模1具有倾斜上表面部12和水平上表面部13，类似于图17所示的那样。或者，阴模1可以具有单一倾斜上表面部12，类似于图14-图16所示的。
当示于图17的压缩模具被用于形成钻削刀片时，下冲头3的第一和第二冲头部件3a和3b从下方插入模孔中，但第一和第二冲头部件3a和3b向上移动的距离并不相同。例如，如示于图18，第二冲头部件3b向上移动的距离小于第一冲头部件3a向上移动的距离，使得倾斜顶表面33的最低边缘低于水平顶表面32。然后，粉末材料5被充填于整个填充空腔，如示于图18。
然后，如示于图19，上冲头2插入模孔并且向下移动以压缩粉末材料5。在上冲头2的位置固定后，或在上冲头2被移动的同时，第二冲头部件3b向上进一步移动到其最终位置。
可以理解，上冲头2也可以是分体式的，使得上冲头2的各个冲头部件能够彼此独立地向下移动。
通过使用分体式上冲头2和/或分体式下冲头3，并且可能与具有专门设计的上表面部的阴模1配合使用，钻削刀片4的各个部位的预期密度可以实现。
可以看到，通过使用这里描述的宽度方向压缩技术，可以形成具有尖角头部的钻头。当然，使用这里描述的技术也能够形成具有钝头部的钻头。
此外，通过使用不同的上下冲头，配合使用相同的阴模的，可以形成具有不同宽度的各种钻头。
此外，同图1所示的现有技术相比，上下冲头的磨损率差异可以减小。
在本申请的一些实施方式中，通过专门设计的填充空腔和/或上下冲头，可以实现钻削刀片的各个部位的预期密度。尤其是，钻削刀片的头部可以具有高密度和高强度，同时钻削刀片的基部可以具有均匀分布的密度和强度。或者，钻削刀片的每个部位的密度可以基于钻头的预期使用条件而确定。
虽然这里描述了本申请的一些实施方式，但这些实施方式仅仅是以示例的方式给出的，不意在限制本申请的范围。所附权利要求及其等同替换旨在覆盖本申请的精神和范围内的所有修改、替代和更换。

Claims (11)

1.一种用于形成钻头的硬质合金钻削刀片的压缩模具，包括：
阴模(1)，其内形成有竖直模孔，所述模孔由内壁(11)限定；
上冲头(2)，配置成从上方插入所述模孔中；以及
下冲头(3)配置成从下方插入所述模孔中；
其中，所述模孔的一部分形成填充空腔，其至少部分地由下冲头(3)的顶表面(31)和所述内壁(11)限定并且粉末材料可被填充到其内；以及
其中，上下冲头(2，3)被配置成沿竖直方向压缩充填于所述填充空腔中的粉末材料，该竖直方向对应于将由粉末材料形成的钻削刀片的宽度方向。
2.如权利要求1所述的压缩模具，其中，上冲头(2)具有底表面(21)，所述底表面包括横面(22)和斜面(23)，并且下冲头(3)具有顶表面(31)，所述顶表面包括横面(32)和斜面(33)，各横面(22和32)被配置成用于形成钻削刀片的基部(41)，而各斜面(23和33)被配置成用于形成钻削刀片的刃部(42)。
3.如权利要求2所述的压缩模具，其中，所述填充空腔由下冲头(3)的顶表面(31)、所述内壁(11)和阴模(1)的上表面限定。
4.如权利要求3所述的压缩模具，其中，所述阴模(1)的上表面的至少一部分被形成为倾斜上表面部(12)，模孔的至少一部分向上开通穿过所述倾斜上表面部(12)。
5.如权利要求4所述的压缩模具，其中，所述倾斜上表面部(12)相对于水平方向倾斜角度(γ)，所述角度(γ)等于或不等于上冲头(2)的斜面(23)的倾斜角度(α)。
6.如权利要求3至5中任一项所述的压缩模具，其中，所述阴模(1)的上表面还包括水平上表面部(13)，所述模孔的一部分向上开通穿过水平上表面部(13)。
7.如权利要求3至5中任一项所述的压缩模具，其中，所述阴模(1)的上表面包括至少一个倾斜上表面部和至少一个水平上表面部的组合，所述至少一个倾斜上表面部和所述至少一个水平上表面部被设计成实现将被形成的钻削刀片的各个部位的预期密度。
8.如权利要求1至7中任一项所述的压缩模具，其中，上下冲头(2，3)中的至少一个是分体式冲头，其包括两个或更多个冲头部件，各冲头部件能够沿着将被形成的钻削刀片的宽度方向彼此独立地移动。
9.一种用于形成钻头的硬质合金钻削刀片压缩方法，其中使用如权利要求1至8中任一项所述的压缩模具，包括以下步骤：
将下冲头(3)向上移动进入阴模(1)以在阴模(1)内形成填充空腔；
向填充空腔中填充粉末材料；以及
将上冲头(2)向下移动进入阴模(1)以沿竖直方向压缩充填于所述填充空腔中的粉末材料，该竖直方向对应于将由粉末材料形成的钻削刀片的宽度方向。
10.如权利要求9所述的压缩方法，还包括：当上冲头(2)正被向下移动时或在上冲头(2)已经完成其向下移动后，进一步向上移动下冲头(3)。
11.如权利要求9或10所述的压缩方法，还包括：通过控制上冲头(2)的所述向下移动和/或下冲头(3)的所述进一步向上移动来控制钻削刀片的头部(46)在宽度方向上的尺寸。
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